Введение
Ударные инструменты являются важной частью любой музыкальной культуры. Поэтому количество существующих ударных инструментов вряд ли может быть точно определено. Кроме того, важной особенностью ударных инструментов является невозможность проведения четкой грани между простым предметом и ударным инструментом. Любой предмет может дать акустический ответ на удар, царапанье и т. д. Этого нельзя сказать про инструменты других семейств. Например, кофейный столик не может быть использован в качестве медного духового инструмента, но он всегда может превратиться в ударный инструмент.
Видимо благодаря этому предметно-перкуссионному континууму использование необычных предметов в оркестре всегда приводит к помещению их в группу ударных инструментов. Перкуссионисты, таким образом, - исполнители на множестве обычных и необычных инструментов. Их основное умение — ритм, но также и способность к извлечению интересных тембров из всевозможных предметов.
Хотя физический материал и конструкция всех акустических инструментов тесно связаны с тем как они звучат, ударные инструменты уникальны в том, что исполнительский импульс передается непосредственно на резонатор (часто составляющий весь инструмент), а не опосредованно через сложную систему, такую как вибрирующая струна или трость. Поэтому форма и материал резонатора имеют значительное влияние на тембр инструмента.
Ударные инструменты заставляют звучать, ударяя по телу инструмента и тем самым возбуждая его свободные колебания. От фортепиано, в котором колебания возбуждаются тоже ударом, такие инструменты отличаются в двух отношениях: колеблющееся тело не дает гармонических обертонов и оно само может излучать звук без дополнительного резонатора.
Большинство ударных инструментов возбуждаются импульсно и вибрируют достаточно сложным образом, до полного затухания колебаний. В диапазоне от низких до средних амплитуд их вибрация может быть легко описана в рамках нормальных мод вибрации, но на высоких амплитудах они могут вести себя совсем нелинейно или даже хаотично.
Колебания твердых тел гораздо сложнее, чем воздушного резонатора той же формы, поскольку в твердых телах больше типов колебаний. Так, вдоль металлического стержня могут распространяться волны сжатия, изгиба и кручения. Поэтому у цилиндрического стержня гораздо больше мод колебаний и, следовательно, резонансных частот, чем у цилиндрического воздушного столба. Кроме того, эти резонансные частоты не образуют гармонический ряд.
Ударные инструменты обычно характеризуются широким спектром звуков, в котором присутствует шум. Спектр в значительной мере зависит от характера, места и энергии возбуждения звучащего тела. Негармоничность звуков ударных инструментов намного больше, чем негармоничность инструментов других групп. Звук ударных инструментов затухающий.
Методы исследования акустики ударных инструментов
Последние исследования акустики ударных включали:
Теоретические исследования видов колебаний;
Экспериментальные исследования видов колебаний:
2.1. Сканирование с помощью микрофона или акселлерометра;
2.2. Голографическая интерферометрия;
Исследования звукочастотного излучения;
Физическое моделирование;
Исследования нелинейного поведения.
Методы конечных и граничных элементов
Для всех форм колебаний, кроме простейших, очень трудно аналитически просчитать их вид. К счастью, существуют мощные числовые методы, позволяющие это сделать и использующие для этого современные компьютеры. Их описывают, как правило, как методы конечных и граничных элементов.
Экспериментальные исследования видов колебаний
Когда ударный инструмент возбуждается ударом (или смычком, или щипком), он вибрирует достаточно сложным образом. Это движение можно легко описать в рамках нормальных видов колебаний. Нормальное колебание представляет собой движение линейной системы с нормальной частотой. Возбуждение нормального вида колебаний должно быть возможно в любой точке структуры, кроме узловых точек, независимо от способа возбуждения. На практике, трудно избежать небольших искажений нормального вида колебаний из-за взаимодействия с возбуждающим предметом, сенсором и другим оборудованием. Для изучения видов колебаний ударных инструментов на практике используют методы сканирования и голографической интерферометрии.
Поле звукочастотного излучения
Лучшим методом исследования звукочастотного поля сложных источников, каковыми являются и ударные инструменты, представляется метод картирования поля интенсивности звука. Поле интенсивности звука описывает направление и значение интенсивности звука в каждой точке пространства вокруг источника.
Физическое моделирование
Синтезирование звуков с помощью физического моделирования привлекает значительное внимание в последнее время. Основой для физического моделирования является создание уравнений, описывающих вибрацию определенных наборов физических объектов, и решение этих уравнений с целью синтезирования искомого звука. Перкуссионные инструменты чрезвычайно сложны в моделировании, что связано с их нелинейным поведением и значительной ролью кратковременных звучаний в их тембре.